Як працуюць дызельныя рухавікі ў сучасных аўтамабілях
Дызельныя рухавікі застаюцца адным з найбольш шырока выкарыстоўваных тыпаў рухавікоў унутранага згарання ў сучасных транспартных сродках, асабліва ў камерцыйных аўтамабілях, пазадарожніках і некаторых легкавых аўтамабілях, якія патрабуюць высокай эфектыўнасці і высокага крутоўнага моманту. У адрозненне ад бензінавых рухавікоў, якія абапіраюцца на іскравае запальванне, дызельныя рухавікі працуюць па прынцыпе кампрэсійнага ўзгарання, дзе паліва запальваецца дзякуючы высокай тэмпературы сціснутага паветра. Дзякуючы тэхналагічнаму прагрэсу, сучасныя дызельныя рухавікі зведалі шматлікія ўдасканаленні, што зрабіла іх больш магутнымі, эканамічнымі, больш плаўнымі і экалагічна чыстымі, чым папярэднія пакаленні.
1. Асноўная канцэпцыя: гарэнне шляхам кампрэсійнага ўзгарання
Асноўны прынцып дызельнага рухавіка заключаецца ў сцісканні паветра ў цыліндры да вельмі высокага ціску. Гэта сцісканне прыводзіць да значнага павышэння тэмпературы паветра. Калі дызельнае паліва ўпырскваецца ў гэта гарачае паветра ў выглядзе дробнага туману, яно выпараецца і аўтаматычна запальваецца без дапамогі свечкі запальвання. Гэта самае фундаментальнае адрозненне паміж дызельным рухавіком і бензінавым рухавіком.
Ступень сціску дызельнага рухавіка звычайна вышэйшая, чым у бензінавага рухавіка. Сучасныя дызельныя рухавікі могуць мець ступені сціску ад 14:1 да 20:1 (у залежнасці ад канструкцыі і патрабаванняў да выкідаў/эфектыўнасці). Гэтая высокая ступень сціску з'яўляецца ключом да цеплавой эфектыўнасці дызельнага рухавіка, бо чым вышэйшая ступень сціску, тым больш энергіі можна атрымаць з працэсу згарання.
2. Рабочы цыкл дызельнага рухавіка: чатыры асноўныя такты
Большасць сучасных аўтамабіляў выкарыстоўваюць чатырохтактны дызельны рухавік. Цыкл складаецца з:
а. Упускны такт
Поршань перамяшчаецца з верхняй мёртвай кропкі (ВМТ) у ніжнюю мёртвую кропку (НМТ), упускны клапан адкрываецца, і ў цыліндр паступае свежае паветра. У дызельным рухавіку ўсмоктваецца ў асноўным паветра (а не паліўна-паветраная сумесь, як у звычайным бензінавым рухавіку). У многіх сучасных рухавіках паступаючае паветра папярэдне сціскаецца турбакампрэсарам, што павялічвае колькасць кіслароду.
б. Ход сціску
Упускны клапан зачыняецца, поршань перамяшчаецца з НМТ у ВМТ, і паветра сціскаецца. Падчас гэтай фазы тэмпература паветра рэзка павялічваецца. Бліжэй да канца сціску сістэма ўпырску пачынае ўпырскваць паліва пад высокім ціскам.
с. Хід магутнасці/расшырэння
Упырсканае паліва змешваецца з гарачым паветрам і самаадвольна запальваецца. Згаранне стварае высокі ціск, які штурхае поршань уніз ад ВМТ да НМТ. Гэта ход, які генеруе магутнасць для павароту каленчатага вала.
г. Выпускны ход
Выпускны клапан адкрываецца, поршань перамяшчаецца ўверх ад НМТ да ВМТ, і адпрацаваныя газы выкідваюцца праз выпускную адтуліну ў выхлапную сістэму і прылады кантролю выкідаў.
Гэты цыкл паўтараецца тысячы разоў у хвіліну ў залежнасці ад абаротаў рухавіка. Плыўнасць і эфектыўнасць рухавіка значна залежаць ад дакладнасці фаз газаразмеркавання, колькасці і часу ўпырску паліва, а таксама ад кіравання ўпускаемым паветрам.
3. Роля сучасных сістэм упырску: Common Rail і шматступенчаты ўпырск
Адной з найбуйнейшых рэвалюцый у сучасных дызельных рухавіках з'яўляецца выкарыстанне сістэмы непасрэднага ўпырску Common Rail. У гэтай сістэме паліва падаецца ў вельмі высокі ціск (накаплівальнік) — ціск у якой можа дасягаць ад 1.500 да больш чым 2.500 бар — а затым падаецца да электронных фарсунак у кожным цыліндры.
Перавагі сістэмы Common Rail:
– Больш дробнае распыленне для больш дасканалага згарання.
– Вельмі дакладнае кіраванне ўпырскам, якое кантралюецца ЭБУ (блокам кіравання рухавіком).
– Магчымасць некалькіх упырскаў: напрыклад, папярэдні ўпырск, асноўны ўпырск і пасляўпырск.
Паэтапны ўпырск дапамагае паменшыць дэтанацыю дызельнага паліва, знізіць выкіды цвёрдых часціц і павысіць камфорт кіравання. Папярэдні ўпырск дазваляе больш плаўна ініцыяваць згаранне, а пост-ўпырск можа спрыяць рэгенерацыі фільтра цвёрдых часціц (DPF) пры пэўных умовах.
4. Турбакампрэсар і інтэркулер: падача паветра, павышэнне эфектыўнасці
У многіх сучасных дызельных рухавіках для павелічэння падачы паветра выкарыстоўваюцца турбакампрэсары. Турбакампрэсары выкарыстоўваюць энергію выхлапных газаў для кручэння турбіны, падлучанай да кампрэсара. Кампрэсар сціскае ўсмоктванае паветра, павялічваючы яго масу (кісларод). Пры большай колькасці кіслароду рухавік можа эфектыўна спальваць больш паліва, павялічваючы крутоўны момант і магутнасць без істотнага павелічэння аб'ёму рухавіка.
Паколькі сціснутае паветра награваецца, усталёўваецца інтэркулер (ахаладжальнік уваходнага паветра), каб знізіць тэмпературу паветра, павялічыць яго шчыльнасць і знізіць рызыку няпоўнага згарання. Спалучэнне турбакампрэсара і інтэркулера дазваляе нават невялікім дызельным рухавікам ствараць высокі крутоўны момант з нізкіх абаротаў — характарыстыка, якая з'яўляецца пераважнай у сучасных аўтамабілях.
5. Свечка напальвання: дапамагае запускаць рухавік у халодных умовах
У дызельных рухавіках не выкарыстоўваюцца свечкі запальвання, але ў многіх выкарыстоўваюцца свечкі напальвання, якія палягчаюць запуск халоднага рухавіка. Пры нізкіх тэмпературах адной толькі кампрэсіі часам недастаткова, каб павысіць тэмпературу паветра да стабільнай кропкі запальвання. Свечкі напальвання награваюць камеру згарання або вобласць вакол фарсунак, спрыяючы пачатковаму згарання. У некаторых сучасных рухавіках свечкі напальвання таксама працуюць кароткі час пасля запуску рухавіка, каб стабілізаваць згаранне і паменшыць дымнасць.
6. Кантроль выкідаў: EGR, DOC, DPF і SCR
Асноўная праблема сучасных дызельных рухавікоў — гэта выкананне строгіх стандартаў выкідаў. Паколькі згаранне дызельнага паліва адбываецца ў лішку паветра і пры высокіх тэмпературах, яно, як правіла, утварае NOx (аксіды азоту) і цвёрдыя часціцы (сажа/PM). Для дасягнення гэтай мэты сучасныя аўтамабілі выкарыстоўваюць камбінацыю наступных тэхналогій:
– EGR (рэцыркуляцыя адпрацаваных газаў): вяртае частку адпрацаваных газаў ва ўпускны коленвал, каб знізіць тэмпературу згарання і тым самым знізіць выкіды NOx.
– DOC (каталізатар акіслення дызельнага паліва): акісляе CO і HC да CO₂ і H₂O, а таксама дапамагае паменшыць пах і некаторыя шкодныя кампаненты.
– DPF (фільтр часціц): фільтруе часціцы/сажу. DPF патрабуе перыядычнай «рэгенерацыі» (спальвання назапашанай сажы) — яна можа быць пасіўнай або актыўнай з дапамогай стратэгіі ўпырску.
– SCR (селектыўнае каталітычнае аднаўленне): памяншае выкіды NOx шляхам упырсквання ў выхлапныя газы вадкай мачавіны (часта званай AdBlue), якая затым рэагуе ў каталізатары, утвараючы азот і вадзяную пару.
Гэты набор сістэм робіць сучаснае дызельнае паліва значна чысцейшым, хоць і дадае складанасці і патрабуе належнага абслугоўвання (напрыклад, добрай якасці дызельнага паліва і выкарыстання AdBlue ў сістэме SCR).
7. Роля ЭБУ і датчыкаў: дызельныя рухавікі становяцца «разумнымі»
У той час як старыя дызельныя рухавікі былі сінонімам простых механізмаў, сучасныя дызельныя рухавікі ў значнай ступені залежаць ад электронных сістэм. ЭБУ апрацоўвае дадзеныя з розных датчыкаў, такіх як MAF/MAP (паветраны расход/ціск), датчыкі тэмпературы, датчыкі каленчатага і размеркавальнага валаў, кіслародныя датчыкі (у некаторых сістэмах) і нават датчык ціску ў паліўнай рампе. Выкарыстоўваючы гэтыя дадзеныя, ЭБУ рэгулюе:
– Час і працягласць ін'екцыі
– Ціск паліва ў агульнай рампе
– Адкрыццё EGR
– Кіраванне турбакампрэсарам (перапускны клапан або турбакампрэсар са зменнай геаметрыяй/VGT)
– Стратэгія рэгенерацыі DPF
Вынікам з'яўляецца больш стабільнае згаранне ў розных умовах, больш эканамічны расход паліва і аптымальная магутнасць з мінімальнымі выкідамі.
8. Характарыстыкі сучасных дызельных рухавікоў пры кіраванні
У паўсядзённым выкарыстанні сучасныя дызельныя рухавікі вядомыя тым, што:
– Вялікі крутоўны момант на нізкіх абаротах, падыходзіць для вялікіх нагрузак і моцнага пачатковага паскарэння.
– Высокая эфектыўнасць, дзякуючы вялікай ступені сціску і эфектыўным характарыстыкам згарання.
– Даўгавечнасць, бо звычайна кампаненты вырабляюцца больш трывалымі, каб вытрымліваць высокі ціск сціску.
– Больш плаўны і ціхі, чым стары дызель, дзякуючы дакладнаму ўпырску, дэмпфіраванню рухавіка і паступоваму кантролю згарання.
Аднак сучасны дызель таксама патрабуе добрай якасці паліва, абслугоўвання фільтраў і ўвагі да сістэмы выкідаў, каб падтрымліваць аптымальную прадукцыйнасць і пазбегнуць такіх праблем, як закаркаванне DPF або перашкоды ў сістэме рэцыркуляцыі адпрацоўваемых выхлапных газаў.
Выснова
Прынцып працы дызельных рухавікоў у сучасных аўтамабілях застаецца заснаваным на кампрэсійным узгарання: паветра сціскаецца да нагрэву, затым упырскваецца паліва, што прыводзіць да яго самазапальвання. Сучасныя дызелі адрозніваюцца ад папярэдніх пакаленняў значным прагрэсам у сістэмах упырску Common Rail, турбанаддуве, электронным кіраванні ECU і прыладах кантролю выкідаў, такіх як EGR, DPF і SCR. Гэта спалучэнне тэхналогій дазваляе сучасным дызельным рухавікам прапаноўваць высокі крутоўны момант, высокую паліўную эфектыўнасць і ўсё больш кантраляваныя выкіды, што робіць іх актуальнымі сярод пастаянна ўзрастаючых патрабаванняў да эфектыўнасці і экалагічных нормаў.
